信息的含义与特性

1 信息的含义

信息作为一个科学概念, 最早出现在通信领域。到20 世纪40年代, 美国科学家申农和维纳从通信和控制的角度提出了信息的概念。1948 年申农与魏沃尔发表了《通信的数学理论》, 维纳也发表了《控制论———动物和机器中的通信与控制问题》。这两部著作的发表, 标志着信息论的诞生。今天, 信息是人类使用频率最高的名词之一。然而, 由于信息本身是一个多元化、多层次、多功能的复杂综合体, 信息概念广泛渗入各学科领域, 而各个学科又有自身的特殊性, 因而就导致了对信息概念的不同理解, 出现了从各自不同的角度和侧面对信息概念给出的各种解释或定义。

据不完全统计, 目前对信息的不同定义, 至少有40 种之多。为了全面、深入、系统地认识信息的本质, 我们不妨来考察几种比较典型的且具有代表性的信息观点。

(1 ) 信息是用来消除或减少随机不定性的东西

这是申农的信息观点。申农于1948 年在《通信的数学理论》论文中, 把信息量定义为随机不定性( 或“不确定性”) 之差, 或者消除了的不确定性。尽管申农并未明确地给信息概念下定义, 但他对信息的理解是十分明确的, 即信息就是用来消除或减少随机不确定性的东西。所谓收到了信息, 就是减少或消除了原有的不确定性。的确, 信息可以消除或减少相应的不确定性。只要你得到了某种信息, 就可以消除或减少与此相关联的不确定性, 从而可以作出某种决策, 采取某种行动, 达到一定的目的。不过, 申农的信息观点也有它的缺点和局限性。他把信息仅仅局限于“ 消除随机不确定性” 的范畴, 而不确定性不一定都是随机的, 由于存在模糊性, 因而也会引起不确定性。例如, 从卫星上拍摄一幅地球表面的照片,由于距离太远, 拍出的照片可能是相当模糊的, 这样就有了不确定性, 为了消除这种不确定性, 也需要信息。另外, 申农的信息观点还有一个缺陷, 这就是它仅仅考虑了形式化的一面, 而没有考虑信息的逻辑含义与效用。因此, 申农的信息观点是不全面的。

(2 ) 信息是控制系统进行调节活动时, 与外界相互作用、相互交换的内容

这是维纳的信息观点。在这里, 维纳把人与外部环境交换信息的过程, 理解为一种通信的过程, 这自然是没有问题的, 因为通信本来就可以泛指人与人、人与机器、机器与机器、机器与自然物、人与自然物之间的信息交换和传递。而且维纳在一定程度上触及了信息的本质。但是, 维纳的信息观点仍然有它的不确切之处, 因为人与环境之间互相交换的内容不只是信息, 也有物质和能量。人与外界还要发生物质的相互作用和能量的相互作用, 因此, 维纳的信息观点是笼统的、不严格的。

(3 ) 信息是事物的联系、变化、差异的表现

这是控制论的另一位重要奠基人、英国生物学家艾什比在1956 年出版的《控制论导论》一书中对信息提出的另外一种理解。艾什比首先引入“ 变异度” 的概念, 即信息论中所讲的信息这一概念与事物的变化、差异相联系起来。所谓变异度就是指某一集合元素的差异程度, 通俗地讲, 就是事物的变化、差异。

我们所生活的宇宙是复杂多样的, 宇宙间的事物总是处于相互联系、相互作用、永不停息的运动变化状态之中, 而在艾什比看来, 表征这种联系、变化、差异的就是信息。例如, 广播电台每天所报道的消息、新闻, 反映了国际形势、国内时事的各种动态, 每天都有变化、差异, 每天都有新的内容, 因而才为人们提供了信息。如果每天所报道的内容没有任何差异, 没有提供新的东西, 当人们再听到它时, 就没有获得任何信息。所以, 艾什比将信息理解为事物的关系、变化、差异, 表现出事物在运动变化过程中出现的新的特征。艾什比的信息观点反映了他是从联系与变异的角度来理解信息的, 在一定程度上也触及了信息的本质。然而, 我们不难看出, 艾什比的变异度实际上就是申农不确定性的特殊情形。可见,信息的变异度理解及其新派生的诸种理解仍然没有超越申农对信息的理解。

(4 ) 信息是事物运动状态和方式以及关于这种运动状态、方式的知识

这一信息概念包含两层含义: 其一, 信息是事物运动状态和方式。这里, 事物既可以是客观世界的, 也可以是主观世界的; 可以是随机性的, 也可以是模糊性的; 总之, 是一切形式的事物。一切事物都在运动, 绝对静止的事物是没有的。运动状态是事物运动的相对稳定的一面, 运动方式是事物运动的变化的一面。事物处在什么运动状态? 它又以什么方式在运动着? 这就是信息。按照这一观点, 信息是一种普遍存在: 存在于自然界, 存在于人类社会, 也存在于思维领域。其二, 信息是关于事物运动的状态和方式的广义知识。这里, 所谓广义知识既包括通常意义下的知识, 即它是对于事物运动的状态和方式的一种规律性的描述, 是人类思维加工的结果 ; 还包括对于事物运动的状态和方式的简单表述, 它不像知识那样具有普遍性和概括性, 但仍然具有知识的秉性; 使观察者对于事物运动的状态和方式由不知变为知, 由知之较少变为知之较多。在这一信息概念中, 信息的作用是用来消除用户关于事物运动状态、方式的不确定性的; 信息的数值可以用它所消除的不确定性的多少来度量。这一信息概念较全面地揭示了信息的本质、特征、性质和功能, 具有普遍性。

2 与信息有关的几个概念

(1 ) 信息与信号

信号是携带信息的各种物理过程, 如声信号、光信号、热信号等。同一信息可以用不同的信号来携带和传递, 例如, 气象信息常常用雷( 声信号)、电(光信号) 、温度( 热信号) 等信号携带和传递。

(2 ) 信息与符号

符号是语言、文字、图像、密码、指令、程序等的统称, 是人类用来表示信息的各种标志, 是非物理性的。符号被称为信息的载体, 信息与符号具有不可分离性, 信息借助于符号表现出来, 信息是抽象的, 符号是具体的。同样的信息可以用不同的符号来表征。

(3 ) 信息与消息

消息是信息的载体, 其形式是多样的、具体的。信息是包含在消息中的抽象量。两者是形式和内容的关系, 或者说是外壳与内核的关系。消息好比一辆车, 信息则是车载的货物。车子可以空载、少载, 一条消息可以含有很多信息, 也可能只有很少的信息, 甚至没有信息。

(4 ) 信息与物质

信息来源于物质, 来源于物质的运动, 但又不是物质本身, 是一切物质的运动属性。信息不同于物质: 具体物质一旦被转移, 原处便不再存在该物, 而信息不会因转移而减少或消失, 相反, 总信息量会增加; 具体物质都有一定的质量, 信息虽离不开一定的物质载体, 需用数字、语言、图像等具体物质形态表现出来, 但它本身却没有质量。

(5 ) 信息与能量

现代科学技术发展所提供的大量材料已充分证明信息与能量是密不可分的, 信息的获得与传递离不开能量, 而能量的转换与驾驭又离不开信息。另外, 信息与能量一样, 两者都能从一种形式转变为另一种形式而保持其本质不变。

信息的传递固然离不开能量, 能量是传递信息的媒介, 然而,信息毕竟是信息, 而不是能量, 它与能量之间具有本质的区别。能量在变换中, 既不能创造, 也不能被消灭, 它是守恒的。可是, 信息变换却有点特殊, 它缺乏数量上的守恒性质, 它常常会因传递过程中所受到的干扰而丢失。此外, 信息的内容及其所起的作用不取决于传递信息所消耗的能量, 信息的内容取决于信源。信息所起的作用取决于信息的内容, 除了信源, 当然还与信宿等因素有关。

3 信息的特性

作为事物运动状态和方式以及这种状态、方式的广义知识, 信息具有一系列基本特性, 具体表现为:

(1 ) 普遍性

信息在宇宙中是普遍存在的。众所周知, 客观世界的一切事物都在运动, 绝对静止的事物是根本不存在的, 而事物的运动总要呈现出一定的状态或采用一定的方式, 这就是说, 事物运动的状态和方式是普遍存在的, 那么, 关于这种状态、方式的广义知识当然也是普遍存在的。信息就具有普遍性的特征。

(2 ) 传递性

信息无论是在时间上还是空间上都具有传递性。信息在空间上的传递被称为通信, 而信息在时间上的传递则被称为存储。信息的效用与信息的传递是分不开的, 没有信息的传递就没有信息的效用。信息的传递与能源和物资的运输不同。能源和物资在运输时,出发点发出能源与物资, 其本身的数量就要减少, 它的减少量与接收点所得的数量相等(在运输途中没有损失的条件下)。同一数量的能源或物资, 接收点愈多, 每个接收点所得的数量就相应地减少。信息传递则不同, 信源发出信息之后, 其自身信息并不减少,而信宿( 信息接收者) 都可以得到信息。同一信源可以把信息提供给多个信宿, 每个信宿都可以得到同样多的信息, 不因信宿的增加而使每个信宿所得的信息减少。信息传递的这一特点使得同一信息作用的空间和时间得以无限扩展。

(3 ) 共享性

信息可以同时为众多的使用者所共用。这一点与信息的传递性密切相关, 传递是共享的前提。萧伯纳曾经有一个形象的比喻:“假若你有一个苹果, 我也有一个苹果, 而我们彼此交换这个苹果,那么, 你和我仍然各有一个苹果。但是, 假若你有一种思想, 我也有一种思想, 而我们彼此交流这种思想, 那么, 我们每个人将各有两种思想。” 我们追求信息的目的就在于共享, 在共享的基础上利用信息, 在共享的基础上再创造。

(4 ) 有用性

信息是人类活动所必需的, 人们可以利用信息获得某种效益。正是根据这一特征, 信息才被称之为“ 无形财富” 和“ 特种资源”。

通常, 信息的有用性既与人们活动的目的有关, 又与人们活动的对象有关。

(5 ) 寄载性

信息必须借助于一定的载体或者媒体才能表现出来。信息是抽象的, 表现信息的载体或者媒体主要是符号。在信息理论中, 信息的表现符号被称之为消息。消息是具体的, 但还不是物理的。将消息寄载于一定的物理物体上才具有物理性, 消息通过语言或文字符号表现出来的就是物理的。寄载消息的物理性物体就称之为信息载体。

(6 ) 时效性

信息的效用有一定的期限, 过了期限, 效用就会减少, 甚至丧失。主观上, 就所有在特定条件下, 具有特定需要的用户而言, 其对特定信息的需求, 都有着强烈的时间性。所以, 从客观方面就造成了对信息的时间性要求。信息的功能、作用、效益都是随着时间的推移而改变的, 这种性能即为信息的时效性。

(7 ) 开发性

对于同一条信息, 人们因其自身的阅历、地位和知识水平的不同可以从中发掘出不同的价值与效用。作为自然界存在和发生着的信息, 作为人类科学劳动产品的信息, 是以物质形式( 载体) 向人们提供精神产品( 智慧) 的。因而, 人们认为信息是最廉价的、最关键的资源, 又是具有开放性的、可再生的、永远不会耗竭的最宝贵的资源。

(8 ) 无限性

信息处在无限地产生和发展之中。在人类生存和接触到的一切领域, 都随时产生着信息。随着时间的推移, 客观事物的运动和变化, 信息又是在无限地产生和发展着, 物质世界是无限的, 对物质世界的认识也是无限的, 人类的创造力是无限的, 所以, 在整个宇宙的时空中, 信息也是无限的。

(9 ) 滞后性

信息的这种特征只是就信息的传递而言的, 因为信息的产生与事实的发生从本质上看是同步的。准确地说, 它是指信息传递的滞后性, 因为即使传递手段再先进, 传递速度再快, 也总是在事实发生之后。信息的传递要有一个过程, 总是存在着时间差, 这个时间差才是信息的“ 滞后性”。